Зимой у бурозубок и некоторых других мелких млекопитающих уменьшается объем мозга. Как показало новое исследование, опубликованное в Current Biology, уменьшение объема достигается за счет дегидратации клеток – нейронов и клеток глии – а не их гибели.
Показано, что зимой в коре и гиппокампе мозга бурозубок отключается экспрессия аквапорина-4 – белка-канала, пропускающего воду, вследствие чего вода не может проникать в клетки.
Пластичность мозга – образование и разрушение синапсов – обычно достигается без изменения объема. Интересное исключение – некоторые мелкие млекопитающие, для которых показан так называемый феномен Денеля (Dehnel’s phenomenon), то есть сезонное уменьшение объема мозга (зимой объем мозга минимален, а летом — максимален). Авторы новой работы, опубликованной в Current Biology, на примере обыкновенной бурозубки (Sorex araneus) показали, что уменьшение объема мозга достигается не за счет гибели клеток, а за счет выхода из них воды.
Сначала авторы работы измерили изменения в объеме мозга бурозубки зимой как в целом, так и в отделах мозга. Так, было показано, что больше всего уменьшение объема затрагивает мост, мозжечок, гиппокамп и кору.
В предыдущих работах было показано, что зимой у бурозубок уменьшается объем и размер сомы и дендритов нейронов в некоторых отделах мозга, однако оставалось неясным, что при этом происходит с водой. Авторы обсуждаемой работы ответили на этот вопрос, используя продвинутые методы визуализации, а именно, диффузионную микроструктурную визуализацию (diffusion microstructure imaging, DMI). С помощью этого метода было показано, что в зависимости от сезона диффузионные свойства воды в мозге изменяются, вследствие чего вода покидает клетки мозга. Также ученые показали, что при переходе к зиме внутриклеточный объем воды понижается, а внеклеточный – повышается, хотя и в меньшей степени, чем изменяется объем воды внутри клетки. Объем спинномозговой жидкости при этом изменялся незначительно.
Более того, ученые установили, что на клеточном уровне изменения в объеме мозга обусловлены экспрессией водного канала аквапорином-4, который активно экспрессируется в глимфатической системе млекопитающих. Было показано, что к зиме его экспрессия существенно уменьшается. Таким образом, изменение объема мозга у бурозубок связано именно с выходом воды из клеток, а не их гибелью.
Авторы работы отмечают, что сезонные изменения, происходящие в мозге бурозубок и других мелких млекопитающих, во многом напоминают изменения, происходящие при нейродегенеративных заболеваниях, поэтому изменяющийся с сезоном мозг бурозубок может служить моделью для изучения таких заболеваний.
Текст: Елизавета Минина